第一节 人类面临的主要环境问题
自学窗：自然资本：自然环境及其服务
假设把10万元钱存入银行，每年可获得约2%即0.2万元的利息收益。如果每年支出2万元，不仅会花掉所有利息，还需要用掉一部分本金，这种状况下，不到6年，10万元就会使用殆尽。如果每年支出1万元，大概12年以后，10万元也所剩无几。因此，只有把每年的支出费用控制在0.2万元以内，才能保证资产的持续与增值。
如果把自然环境类比为存入银行的资本，则利用自然环境与从银行支出的道理是一样的。自然环境的总量（“本金”）是有限的，所能提供的服务（“利息”）也是有限的。如果人类索取的自然环境服务控制在自然环境的供给范围之内，不仅可以可持续地享受自然环境的服务，还能保证自然环境的正常运转。然而，如果在发展经济的同时，也在快速消耗自然资本，就像是在动用这笔银行存款的“本金”而不仅是“利息”，肯定将耗尽自然环境的“本金”，陷入不可持续的危机之中。
环境问题及其危害课前导入
由于合成了一种高效的有机杀虫剂DDT（二氯二苯基三氯乙烷），瑞士化学家米勒获得了1948年度诺贝尔生理学或医学奖。从20世纪70年代开始，一度被广泛使用的DDT逐渐被世界各国明令禁止生产和使用。为什么DDT被禁止使用？DDT的广泛使用到禁止过程，带给我们哪些启示？
环境问题的产生
自然环境是一个复杂的系统。它由太阳能持续供给能量，物质能够从无机环境进入生命体，最终又回到无机环境，从而完成物质的循环与能量的流动，同时自然环境能够通过自我调节维持稳定。人类对自然环境的改变要限制在自然环境的可承受范围之内，不能损害自然环境的服务功能。
人类从自然环境中获取大量自然资源，维持城市、农田等人类系统的运行，将所形成的废弃物排入自然环境（图1.14）。工业革命前，人类对自然环境的影响有限，地球的大气、土地和水能够满足人类的生产和消费需要，人类排放的废弃物能够被自然环境降解。工业革命后，资源的消费和废弃物的排放数量剧增。人类对自然环境的影响已在某些方面超过自然环境的调节能力，损害自然环境的支撑服务功能，使自然环境偏离应有的稳定状态，从而发生大气污染、水污染、生态退化、全球变暖等环境问题。
人类对环境的影响与人口数量、人均资源消费量和技术水平密切相关（图1.15）。人口数量增加，所需要的自然资源数量和排放的废弃物数量也会增加。人均资源消费量越高，对环境的影响越大。由于经济发展水平的不同，人均资源消费量具有显著的区域差异。技术进步对环境的影响具有两面性。技术越发达，人类对自然环境影响的程度越大；人类通过研发环境友好技术，能够提高资源利用率和废弃物处理能力，降低对自然环境的负面影响。
环境问题的危害
对于人类社会而言，环境问题的出现，意味着自然环境的服务功能受到损害。自然环境的供给服务功能下降，使人类难以获得足够的自然资源，导致自然资源稀缺甚至枯竭。自然环境的调节服务功能失常，使环境污染与生态退化加剧，并增加自然灾害的风险。自然环境的文化服务功能降低，会降低人的舒适感、审美体验等。
•影响生活质量，危害人类健康大气、水、固体废弃物和噪声等污染，会直接损害人的生活质量和健康。例如，人类排放的大量细颗粒物等在不利的气象条件下形成雾霾天气，影响人们的户外活动，诱发多种疾病（图1.16）。有些污染物质会残留或富集在农产品和工业产品中，危害人类的身体健康。例如，20世纪60年代，科学家发现DDT在环境中非常难降解，并能通过食物链在生物体内富集，最终危害人体健康。因此，20世纪70年代以后DDT被许多国家禁止使用。
•环境问题制约社会经济发展环境问题不仅直接造成生命财产的损失，也对自然环境的服务功能造成损害，进而制约社会经济发展。例如，许多贫困地区生态脆弱，发展经济容易导致自然环境退化，退化的环境反过来又制约经济的发展，构成贫困和环境退化的恶性循环（图1.17）。为了控制和治理环境问题，人类社会可能会付出高昂的成本。
案例：日本琵琶湖的污染治理
琵琶湖是日本最大的淡水湖，被誉为日本的“母亲湖”（图1.18）。自20世纪60年代开始，琵琶湖附近人口大量增加，工厂大量出现。由于大量生活污水和工业污水直接排放到湖中，琵琶湖出现严重富营养化，水质恶化，并在1971年至1972年达到高峰。
水质恶化导致琵琶湖丧失了水资源和渔业资源的供给能力，也损害了琵琶湖的调节服务和文化服务功能，芦苇、河边森林的减少表明琵琶湖的支撑服务功能也受到危害。
1972年起，日本政府开始制定琵琶湖治理的相关政策，控制工业污染和农业污染，组织全民参与琵琶湖的治理，同时注重对水源地的保护和自然生态系统的恢复。日本政府对琵琶湖周边生活污染源、农业污染源和工业污染源实行了综合整治。当地政府通过修建城市下水道、农村生活排水设施、联合处理净化槽，处理生活污水；通过制定鼓励环保型农业政策，与当地农民协商减少50%的化肥使用量，减轻农业对环境的污染；通过在重点污染行业生产中大力推广可再生和再循环使用的产品和材料，降低工业污染；还采取多种措施，如疏浚河底污泥、在河流入口种植芦苇等水生植物，对入湖河流直接净化。
经过三十多年的治理，投资总计超过28600亿日元（截至2006年），在国家、地方政府和民众的共同努力下，琵琶湖的水质得到改善。日本政府计划将琵琶湖水质恢复到1965年以前的水平。
活动：讨论环境与发展的关系
历史上，许多地区的发展都经历了“先污染、后治理”的过程，有学者用环境库兹涅茨曲线概括这一过程（图1.19）。该曲线显示，环境质量在前期会随着经济增长而逐渐恶化，但到达某个临界点之后环境污染的程度会逐渐降低。
1.环境库兹涅茨曲线出现拐点可能的原因是什么？
2. 环境“先污染、后治理”是不是一个区域社会经济发展必然经历的过程？查找相关资料，用事实说明你的观点。
3.区域经济发展如何避免经历“先污染、后治理”的过程？
自学窗：春天何以寂静
美国海洋生物学家蕾切尔·卡森从小就对大自然、野生动物有浓厚的兴趣，出版了多部既科学严谨又优美抒情的科普著作。1958年，卡森接到朋友的求助信。信中称当地政府租用飞机喷洒DDT以消灭蚊子，结果导致了许多鸟儿的死亡，为此希望卡森帮忙呼吁不再喷洒DDT。卡森得知后非常震惊，开始酝酿写作并在1962年出版了环境保护科普著作《寂静的春天》。书中向人们展示了过度喷洒DDT等杀虫剂所带来的环境后果：害虫虽被杀死了，但其他益虫、鸟类、鱼类等所有的生物也因此深受其害，以致在曾经生机盎然的田间山野，春天因无鸟鸣而显得寂静。这是首次由一位科学权威人士向美国和全世界揭示环境污染的后果：无限制地滥用化学制品将对我们的生活造成危害。《寂静的春天》的问世，在当时的美国社会引起了巨大反响和争议。特别是经济利益相关方，指责卡森女士过分夸大杀虫剂的负作用。卡森所遭受的诋毁和攻击是空前的，但她所坚持的思想终于为人类环境意识的启蒙点燃了一盏明灯。在此之后，人们的环境保护意识被唤醒，并掀起了环境保护的新浪潮。1962年《寂静的春天》第一次出版时，公共政策中还没有“环境”这一项，但仅仅10年后，环境保护已成为全世界的共识。
《寂静的春天》的出版也被公认为是环保运动的里程碑，该书是20世纪极具影响力的环保书籍之一。
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活动4
（一）在下列环境问题中，哪些属于原生环境问题？哪些属于次生环境问题？说出你的判断理由。
1.火山喷发造成大气污染。
2.不适当的灌溉导致土地次生盐渍化。
3.地震引发的水质恶化。
4.森林乱砍滥伐、草原过度放牧造成的荒漠化。
5.滥捕滥杀动物造成动物数量和种群减少。
（二）人类社会与自然环境互相依存、互相影响，它们之间的关系主要体现在两个方面：一方面，人类的生存和发展依赖自然环境；另一方面，人类可以改造环境，环境又反作用于人类。人类若能正确处理好与环境的关系，环境就会向有益于人类生存的良性方向发展；反之，如果人类采取不适当的生产和生活方式，就会破坏大自然在漫长进化过程中形成的生态平衡，导致环境恶化，使人类生活质量下降，甚至危及人类的生存。
- 根据图1-11，描述人类社会与自然环境之间的相互关系。
- 结合身边实际，举例说明环境问题是如何产生的。
二、环境污染
自然资源大多不能直接利用，必须经过获取、处理、加工、改造等环节，才能服务于人类。在自然资源的开发利用过程中，倘若排放的废弃物超过环境容量和自净能力，就会造成环境污染。
- 水污染
当污染物进入江河湖海等水体，并超过水体自净能力时，就会改变水体的物理、化学、生物等特性，降低水的利用价值，造成水污染。
按照人类活动方式，水污染源可分为工业污染源、农业污染源和生活污染源；按照污染物空间分布状态，可分为点污染源和面污染源。工业污染源中，由矿产资源开发产生的矿山废水，往往通过固定排污口排放，具有污染物多、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点，是需要重点治理的点污染源。在农业生产过程中，过量或不正确使用农药和化肥，也会造成水污染，属于典型的面污染源。
- 大气污染
在矿产资源开发利用的过程中，大量粉尘和废气进入大气层，这些污染物的浓度若超过一定标准并持续一段时间，就会造成大气污染，对人和环境造成不良影响。严重的大气污染与化石能源的大量使用密切相关。
煤炭燃烧产生的污染物主要是二氧化硫和烟尘。不少严重的大气污染灾难，比如伦敦烟雾事件、比利时马斯河谷烟雾事件、美国多诺拉烟雾事件等，都与煤炭使用有关。
汽车尾气、石油化工排放的废弃物，包括烯烃、二氧化氮、链烷等，这些污染物在阳光的照射下发生光化学反应，形成光化学烟雾。美国洛杉矶发生的光化学烟雾事件，日本“石油之城”四日市发生的“哮喘事件”，科威特发生的“科威特哮喘”，都是由石油化工产品的过度使用造成的。
- 固体废物污染
在生产与消费的过程中，大量固体废物因难以利用而被抛弃。矿产资源的开发利用，所丢弃的固体废物种类繁多，数量巨大。这些固体废物倘若处置不当，其有害成分通过水、空气、土壤等途径污染环境，进而危害人类健康。此外，固体废物露天堆放或填埋处置，也需要占用大量土地。
环境污染随着市场需求、经济发展、科技进步而不断变化，很难根除。但是，人类可以采取各种措施，对环境污染加以控制和治理。例如，以建设资源节约型社会为导向，节约使用各类自然资源；工业企业布局适度集中，以利于污染集中治理；加强宣传教育，动员社会各界的力量，借助法律、经济、技术等手段，把环境污染控制在最小的范围内。
活动5
1.按污染物的不同，水污染一般可分为三种类型，即化学性污染、物理性污染和生物性污染。判断下列材料各属于哪种类型的水污染，并填入表中。
2.为监测矿山废水的污染情况，拟在矿区范围内布置多个不同类型的水质采样监测点。根据下列材料，设计这些采样监测点的位置，将下列各点的序号标注在图1-12上，说明理由，并设计一个水质监测与预警方案。
①对照点：设在矿区水源地或矿区的上游区段。
②污染点：设在河流污染特定区段。
③基本点：设在河流的清洁区段。
④净化点：设在矿区外的下游区段。
提示：除在河流布点外，在矿区内也应布置采样监测点。
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燃烧煤炭导致大气污染
因燃烧煤炭而产生的二氧化硫、氮氧化物、总悬浮物在大气污染物中所占的比例较大。监测表明，2012年煤炭直接燃烧造成的SO2、NOx和烟粉尘排放量分别占我国同类污染物排放总量的79%、57%和44%。大气中的SO2和NOx遇到水滴或潮湿空气，转化成亚硫酸、硫酸和硝酸，再混入降水中，使其酸度增加，当pH低于5.6时，就形成酸雨。
固体废物的分类
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》规定，固体废物分为工业固体废物、城市生活垃圾和危险废物。我国每年都要产生大量的固体废物。2017年，全国一般工业固体废物产生量达33.2亿吨，危险废物0.69亿吨。在一般工业固体废物中，矿业和冶金业产生的固体废物要占到80%以上，以尾矿、煤矸石、粉煤灰、炉渣为主。
活动6
洛杉矶市坐落在三面环山、一面临海的开阔盆地中，除局部为丘陵外，地面平坦。19世纪末20世纪初，洛杉矶发展成一座特大城市，其城市居住用地以别墅型居民区为主。
20世纪40年代初期，洛杉矶近250万辆汽车排放的尾气，以及炼油厂、供油站等排放的化学物质，在阳光照射下发生光化学反应，生成淡蓝色光化学烟雾。这种烟雾含有臭氧、氮氧化物、乙醛和其他有害成分，滞留在洛杉矶上空经久不散，严重危害到当地居民的健康，甚至导致居民中毒死亡。另外，光化学烟雾还使家畜患病，阻碍植物生长，使橡胶制品老化，建筑物受到腐蚀。光化学烟雾也显著降低大气的能见度，影响汽车、飞机的安全运行，致使交通事故频发。洛杉矶光化学污染事件催生了美国著名的《清洁空气法》，其环境治理与管理的示范作用意义重大。
1.从城市功能分区、经济社会发展的角度，分析洛杉矶小汽车众多的原因。
2.从地形、气候的角度，分析光化学烟雾易在洛杉矶城市上空滞留的原因。
3.治理洛杉矶光化学烟雾污染，可采取哪些措施？对我国有何启示？
活动7
1.铁矿开采时，处理剥离的岩土一直是世界性的难题，通常需要占用大量土地来建设排土场和尾矿库。司家营铁矿位于河北唐山滦县城南10千米，于2007年投产，现为我国三大铁矿区之一。该铁矿贯彻绿色发展理念，抓住曹妃甸建港的契机，用废石填海造地，并在开滦煤矿采煤沉陷区利用尾矿进行填充。此外，该铁矿在矿坑周边打好注浆孔，注入混凝土，阻断矿坑与地下水的联系，从而避免了采矿对地下水的污染。
（1）说一说，司家营铁矿施行固体废物综合利用有何现实意义？
（2）采用尾矿填海、填充采煤沉陷区，会不会造成水体污染？如果有，应采取哪些防范措施？
（3）调查本地的矿区尾矿或采空区的后续处理方式，或调查本地垃圾的处理方式。对它们的处理方式进行环境评价，并提出合理化改进建议。
2.环境质量是指在一个具体的区域内，环境总体或某些环境要素对人群的生存繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是对环境状况的具体描述。发达国家从19世纪50年代开始，注重对环境的治理与保护，定期公布地区或全国范围内的环境质量状况。我国从20世纪80年代末开始，每年都会发布“中国环境状况公告”。据此，完成下列相关任务。
（1）结合身边实例，说明各种环境因素是如何相互作用并影响一个区域的环境质量的。
（2）我们平时可以从哪些途径获得有关环境质量的信息？
（3）环境质量与生活质量之间有什么关系？试举例说明。
三、生态破坏
大规模的资源开发，不合理的土地利用，比如滥伐森林、过度放牧、破坏湿地、开矿修路等，会打破原有的生态平衡，使生态系统的结构、功能严重失调，产生波动性破坏或恶性循环。
- 土地退化
土地退化是指人类不合理的开发利用所造成的土地生产力衰减，包括水土流失、荒漠化、次生盐碱化、沼泽化等。水土流失的直接后果是破坏土地资源。长远来看，在流域源头和上游，植被破坏造成的水土流失，可能导致下游湖、河、水库的泥沙增多，河床抬高，进而引发洪涝灾害，给人们的生命财产造成重大损失。
- 生物多样性减少
丰富的生物多样性可以增强生态系统提供产品和服务的能力。就某个生态系统而言，生物多样性的降低，会减弱其抗干扰的能力，并威胁到系统的稳定性。自然资源的过度开发，工业化和城市化的加速推进，都会破坏野生物种生存繁衍的环境，进而对生物多样性造成不利影响。
据估计，世界上每年至少有5万种生物物种灭绝，平均每天灭绝的物种达140个。许多能为人类提供生产、生活资料的宝贵物种，已经无可挽回地灭绝了。因此，保护生物多样性迫在眉睫。
污染防治和生态保护是环境保护的两大领域。我国的环境保护工作是从污染防治开始的。污染防治与生态保护并重，符合我国的基本国情，也符合环境保护工作的方向。与污染防治相比，生态保护的范围要更宽泛，影响更广，任务更为艰巨，需要的时间更长，花费的资金也更多。
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减少水土流失的方法
种植防风林 在农田边缘种植高大乔木，构筑防风林，用以抵御风蚀，控制水土流失。
保护性犁地 犁地时将原先的庄稼茬、秆和根保留在土层里，借此提高土层的稳固性，改良土壤的结构。
修建梯田 在坡地上分段沿等高线建造阶梯式农田，以利于蓄水保土，治理坡耕地的水土流失。
轮作 在同一块田地上，有顺序地在季节间或年间轮换种植不同的作物，是用地与养地相结合的一种耕作方式。长期以来，我国旱地多利用粮食、经济作物与豆类、绿肥的轮作方式。
带状耕种和沿等高线犁地 庄稼沿土地的斜坡、地形的边缘弯曲排列种植，在平缓的斜坡地上沿等高线犁地，可以减少水土流失。
遭到毁坏的热带雨林
热带雨林是世界上生物多样性最为丰富的生态系统，尽管其面积仅占地球陆地总面积的7%，但所拥有的物种却占到地球物种总量的一半以上。热带雨林正在被大规模地毁坏。据保守估计，全球热带雨林年均损失约0.6%，倘若照此速度，两个世纪内，地球上的热带雨林将损失殆尽。热带雨林的毁坏，直接导致地球生物多样性大幅度减少。
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（一）读图1-20，完成相关任务。
1.以某一水土流失区为例，说明主要侵蚀类型、水土流失特点和典型景观特征。
2.你的家乡属于哪一个水土流失区？查找有关资料，说出水土流失的成因，以及具体的治理举措。
（二）爱尔兰位于欧洲西部，历史上农业生产落后。哥伦布发现“新大陆”后，原产于美洲的土豆于17世纪初传入爱尔兰，后被广泛种植。到18世纪末，土豆成为爱尔兰大多数居民维持生存的主要粮食作物。土豆的高产，使爱尔兰人口从1660年起的180多年里增加了17倍,达到800多万。
爱尔兰选择土豆作为主要的粮食作物，虽缓解了人口和粮食压力，却明显降低了当地农业抵御病虫害的能力。1845年，一种引发土豆枯萎病的真菌首次侵袭爱尔兰。由于爱尔兰的土豆品种不多，缺乏抵御真菌病等的基因，土豆病害很快肆虐全国，造成历史上有名的大饥荒，近100万人死于饥馑和饥荒带来的疾病，超过150万人被迫移民。
1.简要分析爱尔兰谷物农业产量低的自然原因。
2.查阅有关土豆生长习性的资料，说明爱尔兰适宜土豆生长的自然条件。
3.议一议，为什么生物多样性可以增强区域生态系统抵御病虫害的能力？
活动9
为了合理利用自然资源，我们必须摸清自然资源的家底，了解自然资源的数量、质量、分布以及存在的问题。学完本章后，我们模拟开展一个对森林资源的调查活动。将全班分成3~4个小组，每组10人左右，选定学校附近的一片森林，对森林资源进行调查。
（1）运用地理信息技术，估测这片森林的面积。
（2）选取样地。
（3）调查内容：单位面积乔木林的蓄积量、生长量、郁闭度、树高、胸径、群落结构、森林灾害等。
（4）工具：卷尺、罗盘、梯子、石灰、计算器、笔和纸、手持GPS、遥感影像图、地图等。
（5）注意事项：
①调查之前，集思广益，以小组为单位，讨论森林资源质量指标；列出所要调查项目的清单，准备好记录表格。②在测量树高、胸径等指标时，需要相互照应，确保安全。
（6）数据处理和统计分析：各小组整理好观测数据，对森林资源质量进行评价，分析存在的问题，并提出合理化建议。
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